energiebesparing en op het klimaat binnen het gewas?
4.3.1 De energiebalans onder kunstmatige belichting
In de situatie met kunstmatige belichting wordt de energiebalans van de kas en het gewas gedomineerd door de volgende componenten:
A - de energie die door de lampen wordt ingebracht. Deze bestaat uit: • lichtstraling in het PAR gebied
• straling in het IR gebied
B - de energie die door de gewasbuis/onderbuis wordt ingebracht. Deze bestaat uit: • straling, door de lage buistemperatuur < 50 grd is dat minder dan 50% • convectie
C - de energie die door de gewasverdamping wordt opgenomen D - de energie afvoer door isolatieverliezen van het kasdek
E - de energie afvoer door uitstraling, zowel in het PAR gebied als in het verre (F) IR gebied Als we alle stromen uitdrukken in W/m2 dan moet dus voor een kloppende balans gelden: A + B = C + D + E
Hieronder wordt het verloop van de energiestromen in verschillende situaties geanalyseerd.
4.3.2 Kwalitatieve beschrijving van de energiebalans
De eerste stap van de analyse is een kwalitatieve beschrijving van de balans. We doen dit aan de hand van Figuur 4.2.
's Avonds 6 november om 22.00 uur wordt de belichting voor de 1e stap ingeschakeld. Om het licht binnen te houden wordt tegelijk het scherm gesloten, dat wil zeggen scherm 1 en scherm 2 die boven elkaar liggen, en een tegengestelde looprichting hebben worden zodanig gepositioneerd dat ze elkaar overlappen, maar dat er warmte en vocht kan ontsnappen door de tussenliggende ruimte. Zij vormen hierdoor een schermdoek met een verticale kier.
Om ca. 01.15 uur schakelt de belichting naar de 2e trap = vol vermogen. Om ca. 2.30 lopen de schermen open.
Gedurende deze periode is de buitentemperatuur tamelijk constant met ca. 8 graden en de kastemperatuur wordt door variatie van de netten en de ventilatie rond de 20 graden geregeld.
Kijken we nauwkeuriger naar de stralingscomponenten in de verschillende situaties:
Voor het inschakelen van de belichting en met de schermen open lezen we af:
CM up CM down CG up CG down Netto instraling
- 4,1 - 1,3 - 20,9 - 4,6 - 16,9
Er is dus een netto uitstraling van 16,9 W/m2 vanwege het feit dat het kasdek kouder is dan de kas c.q. het gewas. De PAR meting geeft uiteraard ca. 00 aan en de gewastemperatuur ligt iets onder de kasluchttemperatuur. Dit duidt op een lage verdamping ( natte bol effect).
Na het inschakelen van de 1e trap belichting lezen we af:
CM up CM down CG up CG down Netto instraling
52,4 6,5 - 1,2 - 4,6 49,4
Er is een netto instraling van 49 W/m2 vanwege de lampen.
De lampen leveren dus ruim 50 W/m2 globale straling waarvan ruim 6 W/m2, dus ruim 10% weer door het gewas gereflecteerd wordt. Door het gesloten scherm wordt de IR uitstraling naar buiten ( CG up) nagenoeg afgestopt c.q. gecompenseerd door de warme lampen en het warme scherm. Er is een kleine IR straling naar het gewas toe ( CG down) wat er op wijst dat de temperatuur boven in de kas hoger is dan de gewastemperatuur.
De PAR meting geeft ca. 15 micromol/m2.s aan, en de gewastemperatuur stijgt tot ongeveer de kastemperatuur. Dit duidt erop dat de energie voor de verdamping nu grotendeels geleverd wordt door de lampen en nog zeer weinig door convectieve overdracht ( natte bol effect).
Als we kijken naar de verhouding tussen de globale straling en de PAR straling, dan valt op dat er relatief weinig PAR is. Hoge druk natriumlampen zouden efficiënter moeten zijn dat natuurlijk zonlicht. Voor zonlicht geldt dat 1 W/m2 globaal overeenkomt met 1 x 0,45 x 4,6 = 2,07 micromol/m2.s. Voor deze 1e trap belichting is de PAR component echter slechts 15/50 = 0, 3
Dit kan mogelijk een gevolg zijn van de plaatsing van de PAR sensor ten opzichte van de lamparmaturen die in de 1e trap worden ingeschakeld, waardoor de PAR sensor in feite te laag aangeeft.
Na het inschakelen van de 2e trap belichting om 1.15 uur lezen we af:
CM up CM down CG up CG down Netto instraling
94,2 14,9 7,0 - 8,1 94,4
De lampen leveren dus bijna 95 W/m2 globale straling waarvan bijna 15 W/m2, dus iets meer dan 15% weer door het gewas gereflecteerd wordt. Er is een netto FIR straling van ca. 15 W/m2 naar het gewas toe ( CG up - CG down) wat er op wijst dat de temperatuur boven in de kas ( scherm opgewarmd door lampen) hoger is dan de gewastemperatuur. De PAR meting geeft ca. 141 micromol/m2.s aan, en de gewastemperatuur stijgt tot ongeveer 1 graad boven de kastemperatuur. Dit duidt erop dat de energie voor de verdamping nu volledig geleverd wordt door de lampen en dat bovendien nog een deel van deze energie door convectieve overdracht van het gewas wordt afgegeven aan de kaslucht. Als we kijken naar de verhouding tussen de globale straling en de PAR straling, dan valt op dat nu het aandeel PAR veel hoger is dan eerder. Voor zonlicht geldt dat 1 W/m2 globaal overeenkomt met 1 x 0,45 x 4,6 = 2,07 micromol/m2.s. Voor deze 2e trap belichting is de PAR component 141 / 94,2 = 1,5. Voor een Son-T lamp is dat echter nog steeds aan de lage kant. Dit kan nog steeds te maken hebben met de opstelling van de PAR sensor ten opzichte van de lampen.
NB: Uit de metingen blijkt dat ca. 15% van de globale straling wordt gereflecteerd, maar de eventueel gereflecteerde PAR wordt niet gemeten dus daar valt niets over te zeggen.
Na het openen van de schermen om 2.15 uur lezen we af:
CM up CM down CG up CG down Netto instraling
84 8,4 - 19,7 -17,4 73,3
Er is een netto instraling van 73,3 W/m2 vanwege de lampen. De PAR meting geeft ca. 139 micromol/m2.s aan.
De situatie is door het openen van de schermen in verschillende opzichten anders geworden.
Ten eerste zien we dat de hoeveelheid PAR nagenoeg hetzelfde is gebleven, maar dat de globale instraling ca. 10 W/m2 is gedaald. Dat betekent dat de straling die extra wordt toegevoerd van boven bij gesloten scherm, kennelijk reflectie van het scherm, dus voornamelijk in het NIR spectrum ( warmte) zit en slechts weinig PAR bevat.
De reflectie van globale straling door het gewas is nu ook weer lager ( ca. 10%) wat er ook op wijst dat deze gewasreflectie voornamelijk in het NIR spectrum valt.
De verre infrarood componenten CG up en CG down houden elkaar in evenwicht wat er op duidt dat er vanuit het gewas gezien geen netto uitstraling is naar het kasdek en dat het kasdek dus vrijwel op gewastemperatuur moet zijn. Omdat beide componenten negatief zijn is de temperatuur ter hoogte van de netto stralingsmeter ( dicht bij de lampen) hoger dan de gewastemp en de kasdektemperatuur.
De gewastemperatuur ten opzichte van de kastemperatuur blijft nagenoeg het zelfde en wordt dus in dit geval weinig beïnvloed door het openen van het scherm. Dit zou wel gebeurd zijn als door het openen van het scherm de uitstraling sterk was toegenomen.
Als we kijken naar de verhouding tussen de globale straling en de PAR straling, dan valt op dat nu het aandeel PAR iets gestegen is. Voor zonlicht geldt dat 1 W/m2 globaal overeenkomt met 1 x 0,45 x 4,6 = 2,07 micromol/m2.s. Voor deze 2e trap belichting met open scherm is de PAR component 139 / 84 = 1,65
Echter boven hebben we gezien dat dit voornamelijk wordt veroorzaakt doordat er met geopend scherm minder NIR straling van boven komt.